一种八极径向电磁悬浮轴承的控制系统及方法技术方案

一种八极径向电磁悬浮轴承的控制系统，包括八极径向电磁悬浮轴承，所述八极径向电磁悬浮轴承包括定子和转子，所述定子由八个相互独立的电磁铁组成，八个电磁铁相互隔磁并等圆弧间隔布置在同一安装平面上，所述控制系统还包括位移传感器、电磁线圈内电流的电流传感器、磁轴承控制单元、光电耦合电路和功放电路，所述磁轴承控制单元包括磁轴承中央控制器、信号采集单元、自传感估计器和控制信号发生器，所述电流传感器、功放电路均与八个电磁铁的八对电磁线圈连接；所述转子与所述位移传感器信号连接，所述位移传感器与所述磁轴承中央控制器连接。本发明专利技术提供一种减少体积、安装简易、成本较低的一种八极径向电磁悬浮轴承的控制系统及方法。

A control system for a radial octupole magnetic floating bearing and method

A control system for a radial magnetic suspension bearing octupole octupole, including radial electromagnetic suspension bearing, the radial octupole electromagnetic levitation bearing comprises a stator and a rotor, wherein the stator is composed of eight independent electromagnet composed of eight electromagnets, mutual magnetic isolation and arc interval are arranged in the same installation plane, the control the system also includes a displacement sensor, electromagnetic coil current sensor, magnetic bearing control unit, photoelectric coupling circuit and power amplifier circuit, the magnetic bearing control unit comprises a magnetic bearing central controller, signal acquisition unit, sensing estimator and a control signal generator, the current sensor, amplifier circuit and eight electromagnets eight the electromagnetic coil is connected; the rotor is connected with the displacement sensor signal, the displacement sensor and the control of the central magnetic bearing Device connection. The present invention provides a control system for reducing the volume, easy installation, low cost of a radial octupole magnetic floating bearing and method.

【技术实现步骤摘要】
一种八极径向电磁悬浮轴承的控制系统及方法
本专利技术涉及磁轴承领域，尤其是一种八极径向电磁悬浮轴承的控制系统及方法。
技术介绍
电磁悬浮轴承是通过电磁力使得轴承的转子与定子处于相对悬浮状态；因此，电磁悬浮轴承表现出诸多优点，例如：无需润滑、无摩擦/无磨损、低噪声、适用于高速和超高速运行场合。磁悬浮轴承已经在航空航天，精密仪器，高速高精密数控机床等领域有广泛应用。电磁悬浮轴承主要分为三类：①被动磁轴承②主动磁轴承③混合磁轴承。电磁悬浮轴承的电磁控制部分，是通过改变各磁极的电流大小，来控制磁极变现的刚度和阻尼。进而调整转子的状态。电磁悬浮轴承电控部分主要是通过传统的PID控制。使得转子平稳运行。电磁悬浮轴承转子的振动位移和振动速度检测是大多数的都是通过电涡流位移传感器和振动速度传感器来完成的，可以满足检测的要求。然而，昂贵的传感器成本和复杂的安装及布线，后期维护与校准的困境在振动位移检测中提出更高的要求。随着电磁悬浮轴承的自传感方法和技术的应用，从而弥补了电涡流位移传感器和振动速度传感器给磁轴承系统所带来的诸多缺点。
技术实现思路
为了克服已有磁轴承的体积较大、安装复杂、成本较高的不足，本专利技术提供一种减少体积、安装简易、成本较低的一种八极径向电磁悬浮轴承的控制系统及方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种八极径向电磁悬浮轴承的控制系统，包括八极径向电磁悬浮轴承，所述八极径向电磁悬浮轴承包括定子和转子，所述转子位于定子的内孔，所述定子由八个相互独立的电磁铁组成，八个电磁铁相互隔磁并等圆弧间隔布置在同一安装平面上，所述控制系统还包括用于检测转子位移的位移传感器、用于检测电磁铁的电磁线圈内电流的电流传感器、磁轴承控制单元、光电耦合电路和功放电路，所述磁轴承控制单元包括磁轴承中央控制器、信号采集单元、自传感估计器和控制信号发生器，所述电流传感器与所述信号采集单元连接，所述信号采集单元与所述自传感估计器连接，所述自传感估计器与所述磁轴承中央控制器连接，所述磁轴承中央控制器与所述控制器信号发生器连接，所述控制信号发生器通过所述光电耦合电路与所述功放电路连接；所述电流传感器、功放电路均与八个电磁铁的八对电磁线圈连接；所述转子与所述位移传感器信号连接，所述位移传感器与所述磁轴承中央控制器连接。进一步，所述八极径向电磁悬浮轴承为同极型八极径向电磁悬浮轴承，同极型八极径向电磁悬浮轴承的八个电磁铁的同极性磁极在同一横截面上径向布置；所述同极型八极径向电磁悬浮轴承还包括轴承座，所述轴承座的内侧内孔上等圆弧设置有八个电磁铁安装槽，每个电磁铁与每个电磁铁安装槽一一对应，所述轴承座设置有两个，分别为第一轴承座和第二轴承座，所述第二轴承座的电磁铁安装槽与所述第一轴承座的电磁铁安装槽一一对应并形成电磁铁安装腔，所述电磁铁位于所述电磁铁安装腔内并与其过盈装配，所述第二轴承座与所述第一轴承座固定在一起；所述第一轴承座的外侧、第二轴承座的外侧分别固定安装有轴承端盖；所述第一轴承座的内侧上设有绝磁阳槽，所述第二轴承座的内侧上设有与绝磁阳槽相配合的绝磁阴槽；所述绝磁阳槽包括用于隔离第一轴承座上的相邻两个电磁铁安装槽的隔断凸起和位于该第一轴承座的八个电磁铁安装槽外一周的环形凸起，所述隔断凸起与所述环形凸起的内侧连接；所述绝磁阴槽包括用于隔离第二轴承座上的相邻两个电磁铁安装槽的隔断凹槽和位于该第二轴承座的八个电磁铁安装槽外一周的环形凹槽，所述隔断凹槽与所述环形凹槽的内侧连接；所述隔断凸起卡接在所述隔断凹槽内，所述环形凸起卡接在所述环形凹槽内。进一步，所述八极径向电磁悬浮轴承为异极型八极径向电磁悬浮轴承，异极型八极径向电磁悬浮轴承的八个电磁铁的磁极均在同一横截面上径向布置；所述异极型八极径向电磁悬浮轴承还包括轴承座和轴承端盖，所述轴承端盖设置有两个分别为第一轴承端盖和第二轴承端盖；所述轴承座的内侧内孔上等圆弧设置有八个电磁铁安装槽，每个电磁铁与每个电磁铁安装槽一一对应，第一轴承端盖的内侧内孔上等圆弧设置有八个电磁铁安装槽，所述第一轴承端盖上的电磁铁安装槽与所述轴承座的电磁铁安装槽一一对应并形成电磁铁安装腔，所述电磁铁位于所述电磁铁安装腔内并与其过盈装配，所述第一轴承端盖与所轴承座固定在一起；所述轴承座的外侧固定安装有第二轴承端盖；所述轴承座的内侧上设有绝磁阴槽，所述第一轴承端盖的内侧上设有与绝磁阴槽相配合的绝磁阳槽；所述绝磁阴槽包括用于隔离轴承座上的相邻两个电磁铁安装槽的隔断凹槽和位于该轴承座的八个电磁铁安装槽外一周的环形凹槽，所述隔断凹槽与所述环形凹槽的内侧连接；所述绝磁阳槽包括用于隔离第一轴承端盖上的相邻两个电磁铁安装槽的隔断凸起和位于该第一轴承端盖的八个电磁铁安装槽外一周的环形凸起，所述隔断凸起与所述环形凸起的内侧连接；所述隔断凸起卡接在所述隔断凹槽内，所述环形凸起卡接在所述环形凹槽内。一种八极径向电磁悬浮轴承的控制方法包括如下步骤：当转子工作时受到外力作用，使得转子偏离轴心的位置，位移传感器就会检测到转子的位移信号，并将该位移信号传输给磁轴承中央控制器，通过磁轴承中央控制器中的非线性微分器得到转子的振动位移和振动速度，然后磁轴承中央控制器基于模糊控制算法会输出控制数据参数，控制数据参数传输到控制信号发生器产生相应的电流控制信号；控制信号发生器将电流控制信号通过光电耦合电路、功放电路分别控制八对电磁线圈中的电流，使其中四对电磁铁产生控制力，另外四对电磁铁产生阻尼力，从而使得转子能够被快速平衡；与此同时，电流传感器检测到电磁铁的电磁线圈内电流信号，并将该电流信号依次做低通滤波、抗混叠滤波，接着再经过信号采集单元进行HHT变换，然后经过自传感估计器中的基于磁通变换的位移估计器，将振动位移估计值送入磁轴承中央控制器，磁轴承中央控制器中对自传感估计器测得的转子位移与位移传感器测得位移进行比较，此时自传感估计器获得的位移信号，不参与控制，只是和位移传感器获得的位移信号进行比较；当两者相同时，说明自传感估计器可以很好的获得转子位移信号，此时位移传感器可以停止工作，只需要电流传感器直接检测电磁线圈内电流信号，然后通过信号采集单元和自传感估计器估计出转子的振动位移，并且通过磁轴承中央控制器中的非线性微分器得到转子的振动位移和振动速度，然后磁轴承中央控制器基于模糊控制算法会输出控制数据参数，控制数据参数传输到控制信号发生器产生相应的电流控制信号；控制信号发生器将位移信号、电流控制信号通过光电耦合电路、功放电路分别控制八对电磁线圈中的电流，使其中四对电磁铁产生控制力，另外四对电磁铁产生阻尼力，从而使得转子能够被快速平衡。本专利技术的有益效果主要表现在：减少体积、安装简易、成本较低。附图说明图1是一种八极径向电磁悬浮轴承的控制系统的结构框图。图2是同极型八极径向电磁悬浮轴承的爆炸图。图3是同极型八极径向电磁悬浮轴承的定子示意图。图4是同极型八极径向电磁悬浮轴承的第一轴承座的结构示意图。图5是同极型八极径向电磁悬浮轴承的第二轴承座的结构示意图。图6是同极型八极径向电磁悬浮轴承的定子与转子装配图。图7是异极型八极径向电磁悬浮轴承的爆炸图。图8是异极型八极径向电磁悬浮轴承的定子示意图。图9是异极型八极径向电磁悬浮轴承的轴承座的结构示意图。图10是异极型八极径向电磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种八极径向电磁悬浮轴承的控制系统，包括八极径向电磁悬浮轴承，所述八极径向电磁悬浮轴承包括定子和转子，所述转子位于定子的内孔，所述定子由八个相互独立的电磁铁组成，八个电磁铁相互隔磁并等圆弧间隔布置在同一安装平面上，其特征在于：所述控制系统还包括用于检测转子位移的位移传感器、用于检测电磁铁的电磁线圈内电流的电流传感器、磁轴承控制单元、光电耦合电路和功放电路，所述磁轴承控制单元包括磁轴承中央控制器、信号采集单元、自传感估计器和控制信号发生器，所述电流传感器与所述信号采集单元连接，所述信号采集单元与所述自传感估计器连接，所述自传感估计器与所述磁轴承中央控制器连接，所述磁轴承中央控制器与所述控制器信号发生器连接，所述控制信号发生器通过所述光电耦合电路与所述功放电路连接；所述电流传感器、功放电路均与八个电磁铁的八对电磁线圈连接；所述转子与所述位移传感器信号连接，所述位移传感器与所述磁轴承中央控制器连接。

【技术特征摘要】
1.一种八极径向电磁悬浮轴承的控制系统，包括八极径向电磁悬浮轴承，所述八极径向电磁悬浮轴承包括定子和转子，所述转子位于定子的内孔，所述定子由八个相互独立的电磁铁组成，八个电磁铁相互隔磁并等圆弧间隔布置在同一安装平面上，其特征在于：所述控制系统还包括用于检测转子位移的位移传感器、用于检测电磁铁的电磁线圈内电流的电流传感器、磁轴承控制单元、光电耦合电路和功放电路，所述磁轴承控制单元包括磁轴承中央控制器、信号采集单元、自传感估计器和控制信号发生器，所述电流传感器与所述信号采集单元连接，所述信号采集单元与所述自传感估计器连接，所述自传感估计器与所述磁轴承中央控制器连接，所述磁轴承中央控制器与所述控制器信号发生器连接，所述控制信号发生器通过所述光电耦合电路与所述功放电路连接；所述电流传感器、功放电路均与八个电磁铁的八对电磁线圈连接；所述转子与所述位移传感器信号连接，所述位移传感器与所述磁轴承中央控制器连接。2.如权利要求1所述的一种八极径向电磁悬浮轴承的控制系统，其特征在于：所述八极径向电磁悬浮轴承为同极型八极径向电磁悬浮轴承，同极型八极径向电磁悬浮轴承的八个电磁铁的同极性磁极在同一横截面上径向布置；所述同极型八极径向电磁悬浮轴承还包括轴承座，所述轴承座的内侧内孔上等圆弧设置有八个电磁铁安装槽，每个电磁铁与每个电磁铁安装槽一一对应，所述轴承座设置有两个，分别为第一轴承座和第二轴承座，所述第二轴承座的电磁铁安装槽与所述第一轴承座的电磁铁安装槽一一对应并形成电磁铁安装腔，所述电磁铁位于所述电磁铁安装腔内并与其过盈装配，所述第二轴承座与所述第一轴承座固定在一起；所述第一轴承座的外侧、第二轴承座的外侧分别固定安装有轴承端盖；所述第一轴承座的内侧上设有绝磁阳槽，所述第二轴承座的内侧上设有与绝磁阳槽相配合的绝磁阴槽；所述绝磁阳槽包括用于隔离第一轴承座上的相邻两个电磁铁安装槽的隔断凸起和位于该第一轴承座的八个电磁铁安装槽外一周的环形凸起，所述隔断凸起与所述环形凸起的内侧连接；所述绝磁阴槽包括用于隔离第二轴承座上的相邻两个电磁铁安装槽的隔断凹槽和位于该第二轴承座的八个电磁铁安装槽外一周的环形凹槽，所述隔断凹槽与所述环形凹槽的内侧连接；所述隔断凸起卡接在所述隔断凹槽内，所述环形凸起卡接在所述环形凹槽内。3.如权利要求1所述的一种八极径向电磁悬浮轴承的控制系统，其特征在于：所述八极径向电磁悬浮轴承为异极型八极径向电磁悬浮轴承，异极型八极径向电磁悬浮轴承的八个电磁铁的磁极均在同一横截面上径向布置；所述异极型八极径向电磁悬浮轴承还包括轴承座和轴承端盖，所述轴承端盖设置有两个分别为第一轴承端盖和第二轴承端盖；所述轴承座的内侧内孔上等圆弧设置有八个电磁铁安装槽，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡雄心，郎成业，于振杰，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33